随着经济的快速发展,我国面临着水资源短缺等问题。由于用水量的急剧增加,大量开采地下水资源来补充生活及工程用水已经越来越普遍。在开采地下水方面,传统的单管井已经无法满足日益增长的用水量,而近些年辐射井凭借其出水量大的显著特点被广泛使用,并得到快速发展。水平钻机作为辐射井开挖过程中的关键设备,有着举足轻重的作用。但是由于相关核心技术的不太成熟,在钻机设计施工方面仍然存在着很多问题,该课题正是采用国际上应用比较广泛的SAPB/TRIZ/Taguchi几种设计方法对水平钻机进行创新设计,最终获得新的设计方案,提高钻机性能。本文主要研究工作有:为了获得辐射井水平钻机的功能原理解,结合SAPB设计方法,利用黑箱法对钻机总功能进行分析,结合功能基内容对功能进行表达;然后利用功能结构图对钻机的总功能进行逐次的分解,直到能够获得解决方案的分功能,进而利用功能元形态学映射矩阵确定出每个分功能的原理解,结合具体情况最终得出总的设计方案,利用三维软件建出模型结构图。针对设计方案中辐射井水平钻机机架前支撑结构存在的冲突问题,以及钻机功能发展进化方面的问题,借助于TRIZ中的冲突矩阵、物-场分析、进化理论等工具对其进行创新设计,获得新的改进方案。由于新代的辐射井水平钻机既能够实现旋转运动,又带有冲击功能,极大的提高了钻机的工作效率。但由于技术有限,以及设计过程中存在的问题,导致钻机的两种运动在工作中遇到较大阻力时不协调,因此利用Taguchi设计方法对相关的核心部件进行稳健设计,获得最佳的设计参数组合,从而避免该问题的出现。辐射井水平钻机在施工时产生的作用力比较大,而主体机架作为水平钻机的主要支撑结构,其强度的大小关系到钻机工作的稳定性。结合Solidworks Simulation有限元方法对水平钻机的主体机架进行静应力的分析,针对存在的结构缺陷进行相应的改进,使之满足钻进工作时的要求。通过结合使用几种设计方法,对辐射井水平钻机从总体方案设计到具体结构部件进行创新设计研究,解决存在的问题,并获得相应的解决研究方案,使钻机的整体性能得到了极大的提高,为水平钻机的发展做出了重大贡献。